Введение

Послеоперационная вентральная грыжа (ВГ) является частым осложнением в абдоминальной хирургии. Заболеваемость составляет 9—20% в течение 1 года наблюдения после проведенной операции [1]. Основными причинными факторами возникновения послеоперационных вентральных грыж считаются хирургическая техника закрытия лапаротомной раны и послеоперационная раневая инфекция [2]. Немаловажными этиологическими факторами, приводящими к развитию послеоперационных грыж в течение первого года после операции являются состояния и заболевания, которые способствуют повышению уровня внутрибрюшного давления (ВБД): психическое возбуждение, кашель, парез кишечника, хронические запоры, затрудненное мочеиспускание и т.п. [3]. К главенствующим этиологическим факторам развития и прогрессии (рецидивов) послеоперационных вентральных грыж следует отнести дегенеративные изменения в области послеоперационного рубца и в мышечно-апоневротическом слое передней брюшной стенки.

Согласно проведенным исследованиям [4] при ВГ в мышечно-апоневротическом слое и в крови накапливается высокая концентрация продуктов перекисного окисления липидов, которые, в свою очередь, оказывают выраженное токсическое действие на мышечно-апоневротическую структуру с последующим развитием дистрофических и дегенеративных изменений.

Продолжительность грыженосительства является фактором, способствующим снижению прочности и эластичности мышечно-апоневротических структур, причиной которого является сдавление краев грыжевых ворот содержимым грыжевого мешка. Это приводит к ишемии тканей в данной области и, как следствие, происходит увеличение размеров грыжевых ворот и грыжевого содержимого.

Помимо увеличения размеров грыжевых ворот меняется и анатомическая структура передней брюшной стенки.

Особенностью строения переднебоковой брюшной стенки является наличие мышечной и апоневротической части внутренней и наружной косых мышц, поперечной мышцы живота. Апоневротические части указанных мышц являются стенками влагалища прямой мышцы живота, что также является и частичным местом прикрепления косых и поперечной мышц передней брюшной стенки. Апоневрозы левых и правых косых и поперечных мышц живота по средней линии срастаются друг с другом, формируя белую линию живота — место доступа при лапаротомии. При развитии и прогрессировании ВГ происходит расхождение в латеральном направлении прямой мышцы живота, смещение кнаружи апоневротической части мышц передней брюшной стенки, а также сокращение и в дальнейшем укорочение длины мышечной части косых и поперечных мышц переднебоковой брюшной стенки (рис. 1). Сохранение мышц в укороченном состоянии в течение длительного периода времени приводит к образованию волокнистой адгезии, выпадению саркомеров и потере растяжимости тканей [5].

Рис. 1. Патогенез мышечной контрактуры при длительном грыженосительстве.

а — мышечный слой передней брюшной стенки (схема); б — схема патогенеза мышечной контрактуры при длительном грыженосительстве (рисунок автора Л.Б. Канахина).

В связи с развитием мышечной контрактуры и дистрофических изменений в области грыжевых ворот лечение вентральных грыж W3 (классификация EHS) [6] затруднено из-за сложности оперативного вмешательства, высокого риска развития послеоперационных осложнений [7, 8]. Одним из опасных осложнений является развитие послеоперационной интраабдоминальной гипертензии (ИАГ) и синдрома ИАГ (СИАГ).

ИАГ определяется повышением уровня ВБД выше 12 мм рт. ст. и при отсутствии лечения и контроля может постепенно прогрессировать до абдоминального компартмент-синдрома (АКС) с устойчивым уровнем ВБД выше 20 мм. рт. ст. и связанной с ним последующей полиорганной недостаточностью (СИАГ) [9].

Общество по изучению абдоминального компартмент-синдрома (WSACS) разработало четкие критерии классификации ИАГ по степеням [10, 11]:

— I степень — 12—15 мм рт. ст.,

— II степень — 16—20 мм рт. ст.,

— III степень — 21—25 мм рт. ст.,

— IV степень — более 25 мм рт. ст.

Патогенез развития ИАГ и СИАГ у пациентов, оперированных по поводу ВГ W3, заключается в нарушении анатомических структур переднебоковой брюшной стенки. Из-за уменьшения длинны окружности переднебоковой брюшной стенки и нарушения ее растяжимости при сведении краев апоневроза для ушивания грыжевых ворот, а также возврата большого количества содержимого грыжевого мешка в брюшную полость объем брюшной полости (ОБП) и забрюшинного пространства уменьшается. Резкое уменьшении ОБП приводит к повышению уровня ВБД.

Неконтролируемое повышение ВБД может привести к развитию синдрома Батцнера (абдоминальный компартмент-синдром) [12, 13].

Низкая растяжимость мягких тканей, мышечная контрактура при длительном грыженосительстве не позволяют самостоятельно физиологически скомпенсировать нарастающий послеоперационный уровень ВБД, что непосредственно приводит к сдавлению органов желудочно-кишечного тракта, крупных сосудов, почек со смещением диафрагмы кверху. В последующем нарастание уровня ВБД запускает цепь патологических изменений и в других органах (табл. 1 [6, 16, 17, 18], рис. 2).

Таблица 1. Степени интраабдоминальной гипертензии и соответствующие этапы патогенеза [6, 16, 17, 18]

Примечание. ИАГ — интраабдоминальная гипертензия; ЦВД — центральное венозное давление; ДЗЛК — давление заклинивания легочных капилляров; КДО — конечный диастолический объем; ВЧД — внутричерепное давление; ПДГМ — перфузионное давление головного мозга; РДСВ — респираторный дистресс-синдром взрослых; ОПН — острая почечная недостаточность; ГМ — головной мозг; SIRS — синдром системной воспалительной реакции.

Рис. 2. Патогенез интраабдоминальной гипертензии и абдоминального компартмент-синдрома.

ВБД — внутрибрюшное давление; ВЧД — внутричерепное давление; ОБП — органы брюшной полости; ЦВД — центральное венозное давление.

Профилактика АКС имеет решающее значение, поскольку летальность при таком состоянии чрезвычайно высока — 42—68%, а при отсутствии лечения достигает 100% [14, 15].

Учитывая прямую связь между объемом брюшной полости (ОБП) и возможным развитием ИАГ, следует отметить, что важным аспектом в прогнозе АКС является измерение внутрибрюшного объема до и после операции. В настоящее время золотым стандартом непрямого измерения уровня ВБД является измерение его в полости мочевого пузыря [19]. Данный метод не является рутинным и используется при клинических проявлениях ИАГ или АКС. В связи с этим остается открытым вопрос о неинвазивном измерении ОБП для диагностики и профилактики развития ИАГ.

Многие авторы для расчета ОБП и объема грыжевого мешка принимали форму грыжевого мешка за шар, а брюшную полость за эллипсоид. Основываясь на данной гипотезе, исследователи выдвинули несколько вариантов неинвазивного рентгенологического метода расчета ОБП. В зарубежных литературных источниках можно встретить вариант КТ-абдоминометрии, предложенный японским хирургом E.Y. Tanaka и соавт. [20]. Для оценки ОБП авторам требовались несколько показателей: продольный (краниокаудальный), поперечный и переднезадний размеры брюшной полости.

Переднезадний размер определяли по аксиальной проекции, где передней границей являлась линия, соединяющая мышцы передней стенки живота, а задняя граница проходила через поперечные отростки позвонков. Поперечный размер — отрезок, соединяющий листок париетальной брюшины с каждой стороны. Краниокаудальный размер определяли по саггитальной проекции, где верхней границей являлась диафрагма, а нижней границей — копчик. При определении краниокаудального размера так же сопоставлялись аксиальные проекции, так как для измерения верхней границы учитывали первый срез, где определялась диафрагма, а нижняя — последний срез, где определялся копчик (рис. 3).

Рис. 3. Проекция (срез) брюшной полости и грыжевого мешка.

а — аксиальная проекция; б — сагиттальная проекция. Пунктирной линией обозначены границы для изменения переднезаднего размера. A — продольный размер; B — поперечный размер; C — переднезадний размер [20].

После измерения авторами получены три основных размера: A — краниокаудальный размер, B — поперечный размер, C — переднезадний размер брюшной полости.

Для определения ОБП использована формула объема эллипсоида (см³):

V=4/3×π×r1×r2×r3?

где r1, r2, r3 являются радиусом эллипсоида.

В этой формуле r1=A/2; r2=B/2; C=r3/2/. Следовательно, итоговую формулу можно так же представить в виде:

V≈0,52×A×B×C.

Схожий метод предложен Н.С. Никитаевым и соавт. [21]. Основным отличием является измерение краниокаудального и переднезаднего размеров. Переднезадний размер брюшной полости авторы измеряли на уровне бифуркации аорты от переднего края позвонка до брюшной стенки или грыжевых ворот, а краниокаудальный размер — от купола диафрагмы до тазового дна (рис. 4).

Рис. 4. Аксиальная проекция (срез) брюшной полости (A, B) и грыжевого мешка (a, b).

A, a — поперечный размер; B, b — переднезадний размер [19].

А.С. Ермоловым и соавт. также разработан метод компьютерной герниоабдоминометрии (КТ-герниоабдоминометрии), которая позволяет точно оценить размеры грыжевого мешка любых размеров, его относительный объем, а также дегенеративные изменения мышц брюшной стенки (А.С. Ермолов и соавт. Патент РФ № 2004121038 от 09.07.04) [22]. Этот метод представляет собой спланхнолическое обрисовывание брюшной полости и грыжевого мешка на каждом срезе с последующим расчетом объема и площади среза. Затем полученные объемы суммировались с учетом определенного шага компьютера. Полученный объем умножали на количество срезов (сканов), тем самым получив два значения: ОБП и объем грыжевого мешка.

Однако в данных работах КТ-герниоабдоминометрия применяется для определения тактики хирургического лечения.

Использование КТ-герниоабдоминометрии для прогноза лечения больших и гигантских грыж позволит спрогнозировать развитие АКС, определить влияние длины мышечных волокон: наружной и внутренней косой мышцы, поперечной мышцы живота на послеоперационный ОБП, а использование модели машинного обучения автоматизирует процессы расчета.

Цель исследования — оценить возможное использование метода КТ-герниоабдоминометрии для прогнозирования развития АКС у пациентов с большими и гигантскими вентральными грыжами.

Материал и методы

В ФГБУЗ «Клиническая больница № 85 Федерального медико-биологического агентства» прооперировано 75 пациентов, проходивших обследование и получавших лечение по основному заболеванию, не связанному с диагнозом «вентральная грыжа».

Критерии исключения: операции на органах малого таза и брюшной полости в анамнезе, врожденные аномалии органов малого таза и брюшной полости, а также врожденные аномалии костно-мышечной системы.

С учетом критериев исключения 35 пациентов включены в выборку для исследования.

Исследование одобрено этическим комитетом медицинского института ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов имени Патриса Лумумбы» Минобрнауки России, Москва, Россия №28 от 16 мая 2024 г.

Средний возраст больных составлял 57,8±13,9 года, из них женщин — 10, мужчин — 25. Всем пациентам проведена КТ органов грудной полости, брюшной полости и органов малого таза (3 зоны) с внутривенным контрастным усилением. Исследование выполняли на компьютерных томографах Optima CT660 (GE Healthcare Japan Corporation, Япония) или Aqulion lighting SP, CT (Canon Medical Systems Corporation, Япония) с внутривенным контрастированием «Ультравист» 100 мл, скорость введения 2,6 мл/с. Измерения и анализ КТ-исследования проводились в программе Vidar Dicom Viewer с использованием программ измерения «отрезок» и «объем контурами» (рис. 5).

Рис. 5. Пример расчета объема с помощью Vidar Dicom Viewer с использованием программы «объем контурами».

а — аксиальная проекция; б — фронтальная проекция; в — саггитальная проекция. Красным обозначены участки, включенные в измерение. Мочевой пузырь, мышцы, аорта и нижняя полая вена не включены при измерении. Верхней границей являлся первый срез, где определялась диафрагма, нижней границей являлся срез, где определялся копчик.

Для статистической обработки и построения модели машинного обучения использованы язык Python 3.11.0 и библиотеки pandas, sklearn и matplotlib, scipy.stats.

Для сравнительного анализа применены 2 метода измерения: метод, предложенный E.Y. Tanaka и соавт. (метод № 1) (рис. 6) и метод, предложенный Н.С. Никитаевым и соавт. (метод № 2) (рис. 7), а истинный объем определялся как объем, рассчитанный с помощью Vidar Dicom Viewer с использованием программы «объем контурами» (метод № 3).

Рис. 6. Пример измерения переднезаднего и поперечного размера по методу E.Y.Tanaka и соавт.

а — аксиальная проекция; б — сагиттальная проекция.

Рис. 7. Пример измерения переднезаднего и поперечного размеров по методу Н.С. Никитаева и соавт.

а — аксиальная проекция; б — сагиттальная проекция.

На аксиальном срезе, где вычислялся объем по методу E.Y. Tanaka и соавт., определялись два показателя (сумма справа и слева): площадь и длина наружной и внутренней косой мышцы, поперечной мышцы живота.

Полученные данные статистически обрабатывались на языке программирования Python с использованием соответствующих библиотек.

Результаты

Средний ОБП по методу E.Y. Tanaka и соавт. составил 7 440,79±4 415,75 см³, по методу Н.С. Никитаева и соавт. — 5 140,4±3 113,8 см³, при расчете с помощью ПО Vidar Dicom Viewer средний ОБП — 9 173,4±3 243,8 см³.

При сравнении трех методик условно истинный объем всегда был больше, чем при расчете с использованием формул. При сравнении отклонение по методу E.Y. Tanaka и соавт. от условно истинного составляло 1 732,61±1 171,95 см³, а при сравнении со вторым методом — 4 033 ±130,0 см³.

Для описаний различий в методиках измерения использовали критерий Манна—Уитни, при котором уровень p-value различий для метода E.Y. Tanaka и соавт. и условно истинного составил 0,309 (p-value 0,05), а уровень p-value различий по методу Н.С. Никитаева и соавт. и условно истинного составил 0,04 (p-value 0,05).

Для определения взаимосвязи и влияния измерения площади мышц (внутренней и наружной косой, поперечной мышцы живота) и объема брюшной полости вычислялся коэффициент корреляции (R), который составил 0,86; 0,84 и 0,88 соответственно методам измерения ОБП.

Для определения взаимосвязи и влиянии измерения длины мышц (внутренней и наружной косой, поперечной мышцы живота) по внутреннему и наружному контуру (рис. 6) и объема брюшной полости вычислялся коэффициент корреляции, который составил 0,70.

Помимо объема ОБП учитывалось и время, потраченное на измерение объема каждой из методов (табл. 2).

Таблица 2. Методы измерения объема брюшной полости, площади и длины наружной и внутренней косой мышцы, поперечной мышцы живота, а также время, потраченное на выполнение каждого метода

При формировании таблицы с результатами измерений была выдвинута гипотеза о взаимосвязи значений объема и данных размеров длин (по методам № 1 и № 2), площади и длины наружной и внутренней косой мышцы, поперечной мышцы живота и их влиянии на предсказание условно истинного объема.

Для проверки данной гипотезы использовался метод машинного обучения и регрессионного анализа. Среднеквадратичная ошибка (MSE) или среднее арифметическое квадратов разностей между предсказанными и реальными значениями модели машинного обучения (ML) в тестовой модели — 0,45; в тренировочной — 0,69. Значение AUC составило 0,903 (рис. 8).

Рис. 8. ROC-кривая тестовой модели.

Обсуждение

Наши результаты подтверждают результаты других исследований и существующие теории. Аналогичное исследование проведено Н.С. Никитаевым и соавт., но в это исследование включены пациенты с диагнозом «вентральная грыжа» [21]. При использовании прямого метода волюметрии (послойное оконтуривание КТ-срезов), как и в нашем случае, объем брюшной полости оказался больше, чем при расчетах по формуле эллипсоида. Различаются также методы послойного оконтуривания. Авторы предлагают применять КТ-абдоминометрию, учитывая значительную разницу в измерениях между прямым и непрямым методами. Однако в нашей работе мы предлагаем использовать результаты КТ-герниоабдоминометрии для обучения искусственного интеллекта, а затем применять методы непрямой волюметрии для прогнозирования результатов КТ-абдоминометрии, то есть для определения условно истинного размера.

Заключение

Использование КТ-герниоабдоминометрии может служить непрямым методом для прогнозирования развития абдоминального компартмент-синдрома. В ходе анализа выявлена прямая взаимосвязь между значениями длины и площади мышечных волокон наружной и внутренней косой мышцы, поперечной мышцы живота и объемом брюшной полости.

Учитывая, что при длительном грыженосительстве происходит спастическое сокращение и укорочение мышечного слоя передней брюшной стенки, важно устранить мышечную контрактуру перед герниопластикой большой и гигантской грыжи. При увеличении длины и площади мышечного слоя пропорционально увеличиваются значения объема брюшной полости, что в будущем может использоваться как профилактика развития абдоминального компартмент-синдрома в послеоперационном периоде.

Ручное измерение объема брюшной полости с помощью программного обеспечения Vidar Dicom Viewer с точки зрения топографической анатомии определяет условно истинный объем брюшной полости, так как в измерения не входят органы забрюшинного пространства, крупные сосуды и костно-мышечная система. Однако при данном методе время на измерение может достигать более 60 минут.

Использование метода измерения объема брюшной полости по методу E.Y. Tanaka статистически ближе к условно истинному объему (p-value=0,3). Использование условных границ для определения краниокаудального, переднезаднего и поперечного размеров по методу E.Y. Tanaka и соавт. рациональнее, так как результаты ближе к условно истинным размерам. Следует также отметить, что при стандартном компьютерном томографическом исследовании не всегда захватываются нижние ветви лонной кости, а использование костных ориентиров для измерения переднезаднего размера исключает субъективность.

Определение площади мышц переднебоковой стенки брюшной полости и ее влияние на объем брюшной полости имеет более высокое статистическое значение, чем определение длины мышечных волокон справа и слева. Не менее важно, что измерение площади возможно при наличии данной функции в программном обеспечении. Если этой функции нет, то можно вычислить длину мышечных волокон по наружному контору:

(R_нар=0,79±0,05 vs R_внут=0,58±0,06).

Проведя анализ и выбрав наилучший метод измерения объема брюшной полости (метод E.Y. Tanaka и соавт.) на когорте пациентов без грыженосительства, в дальнейшем планируем использование этой методики измерения объема брюшной полости и площади мышц передней брюшной стенки на когорте пациентов с вентральной грыжей W3. Этот метод и алгоритм измерения объема брюшной полости и площади мышц передней брюшной стенки планируется использовать с целью прогнозирования риска увеличения объема брюшной полости у пациентов с вентральной грыжей W3 в послеоперационном периоде.

Используя возможности искусственного интеллекта, планируем усовершенствовать методику измерения объема брюшной полости и площади мышц передней брюшной стенки с помощью алгоритмов компьютерного зрения и моделей машинного обучения. Полученные алгоритмы позволят предсказать условно истинный объем брюшной полости с помощью более быстрых и простых измерений, таких как измерение объема эллипсоида, а также площади и длины наружной и внутренней косой мышцы, поперечной мышцы живота. Полученные данные позволят оперативно вычислять данные показатели у пациентов с вентральными грыжами W3 в рутинном варианте.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Протасов А.В., Канахина Л.Б., Мазурова О.И.

Сбор и обработка материала — Мазурова О.И, Топчиев А.М, Навид М.Н.

Статистический анализ данных — Канахина Л.Б., Протасов А.В.

Написание текста — Канахина Л.Б., Мазурова О.И.

Редактирование — Протасов А.В., Навид М.Н.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Author contributions:

Study design and concept — Protasov A.V., Kanakhina L.B., Mazurova O.I.

Data collection and processing — Mazurova O.I., Topchiev A.M., Navid M.N.

Statistical analysis — Kanakhina L.B., Protasov A.V.

Text writing — Kanakhina L.B., Mazurova O.I.

Editing — Protasov A.V., Navid M.N.